牛头刨床传动系统设计

目录摘要1英文摘要11引言21.1 牛头刨床现状21.1.1 国际牛头刨床使用现状21.1.2 我国牛头刨床使用现状31.2 液压牛头刨床与机械牛头刨床的简单比较51.3 牛头刨床传动系统关键部件设计51.3.1 牛头刨床传动系统关键部件设计要求64 牛头刨床传动系统关键部件设计的数据72原动机的选用93牛头刨床带传动装置确定与分析11牛头刨床导杆机构分析124.1 其他方案与原方案的对比分析124.2 导杆机构的方案确定134.3 导杆机构的运动尺寸134.3.1 导杆的机构尺寸144.4 导杆机构的运动分析154.4.1 速度分析154.4.2 加速度分析174.5 导杆机构的动态静力分析194.5.1 取构件5、6基本杆组为示力体194.5.2 取构件3、4基本杆组为示力体205 取构件2为示力体21凸轮机构设计235.1 凸轮机构基本尺寸的设计235.2 计算各分点的角位移值245.2.1 推程运动阶段24回程运动阶段255.3用解析法计算凸轮理论轮廓和实际轮廓26总结32参考文献33牛头刨床传动系统关键部件设计摘要：牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。通过给定的原始数据，从牛头刨床原动机的分析选择、带传动的分析选择，到进行执行机构运动尺寸的分析计算，然后进行运动分析、动态静力分析，找到其最优的设计方案。然后再简单对凸轮机构进行设计分析。综合所有设计分析的方案，选择设计出相对最优的牛头刨床传动系统关键部件的设计。关键词：牛头刨床；传动系统；关键部件；最优设计ThekeycomponentsoftheshaperdrivesystemdesignCollegeofelectricalandInformationEngineeringMechanicalengineeringandautomationprofessionalWeilu(20906071064)Director：Jiangyu(Lecturer)Abstract：Theshaperisaplanecuttingastraightreciprocatingmotionoftoolandtheworktableofintermittentmovementtocompletetheworkofthemachinetool.Throughtheoriginaldatagiven,selection,selectionofbeltdrivefromtheanalysisofshapermotive,toanalyzeactuatorsizecalculation,andthenmotionanalysis,staticanddynamicanalysis,tofindtheoptimaldesignscheme.Thenasimpledesignandanalysisofcammechanism.Alldesignandanalysisofthechoiceofdesignscheme,designofkeycomponentsoftheshaperdrivesystemrelativelyoptimal.KeyWords：shapingmachine;transmissionsystem;keyparts;optimaldesign；asp；b/s1引言目前我国已经拥有了机械牛头刨床，液压牛头刨床等多种型号的牛头刨床。改进突破和创新。二零零八年机械行业增长形式一片大好，国民经济高速增长促进了对牛头刨床的强烈需求从而提供了发展的良好契机。但是每一种型号都不是全面的全能的，各有优点和缺点，每一种机床都需要进行牛头刨床的工作运动是，经过一定功率的电动机，通过V带轮的传递，输出经过齿轮变速之后，通过一个固定短轴连接的大齿轮，短轴和齿轮之间有一定的间距，在这个间距之间安装一个方形滑块。动力的传输装置是靠一个长槽摇杆，它的运动通过方形滑块被控制在长槽内滑动。当原动机带动大齿轮以一定的速度转动时，摇杆带动滑块摆动，摇杆通常可以摇摆较大的角度，我们可以通过对大齿轮的中心距进行调整，就能够对滑块行程进行调整。1.1 牛头刨床现状在第一次工业革命时期，首先牛头刨床被发明于英国，就在这个时期，还发明多种其他形式的机床。对于机床的发明，可以改善我们的生活质量水平，在提高生活质量的同时，又可以促进社会的进步。从世界上牛头刨床的拥有量上看，德国是使用牛头刨床最多的国家，保守估计拥有75万台左右，美国的牛头刨床拥有量也是很多的大概在61万台左右。而我国是新型国家，牛头刨床拥有量仅次于德国和美国，位于世界第三位，但是中国至改革开放以来，一直以高速的发展速度和水平，实现中国的现代化和伟大复兴，相信在未来的多年以后，凭着中国的高速发展和世界对于中国这个世界工厂的需求，中国将成为世界上牛头刨床拥有量最多的国家。纵观我国牛头刨床，都只是简单的技术改造，技术水平还停留在8，90年代，与国外差距很远，它能进行一些精度不高的加工。当然中国也没有太多的高精度加工要求，这包括模具行业，真正需要高精度的是航空航天，军事装备方面。目前我国已经拥有了机械牛头刨床，液压牛头刨床，数控牛头刨床，还有正在研究的双向牛头刨床。但是每一种型号都不是全面的全能的，各有优点和缺点，每一种机床都需要进行改进突破和创新。二零零八年机械行业增长形式一片大好，国民经济高速增长促进了对牛头刨床的强烈需求从而提供了发展的良好契机。当然中国也没有太多的高精度加工要求，这包括模具行业，真正需要高精度的是航空航天，军事装备方面。1.1.1 国际牛头刨床使用现状德国的牛头刨床首先从外形上来看，整个机床造型墩实厚重，从铸件到每个零部件绝对不会偷工减料，都用足了料。比如刨削长度是1米的重量可以达到5吨多，吨位上面来说看重。这样可以增加牛头刨床的稳定性，稳定性增加之后，精度就会提高。还有一个方面是德国的牛头刨床工作效率很高，华枕速度很快可以达到国内同等质量水平的一点5倍以上，电机功率也很大质量也很好所以效率高，能源耗费少。所以干起活来很快，据我们在当地进行一项测试，同样是刨削一块钢板，人家的用时11分钟，我们的34分钟。质量好坏一目了然。呵呵，当然价格有点难以接受，3万多欧元，国人一时不能承受。史上最大牛头刨床产自俄罗斯，它的刨削长度达到1.8米，比国内生产的最大牛头刨床多出30公分。目前我国最大型号是来自沈阳的1米5的。如果超过1米5就很难生产，对机床的各个零件的性能要求就比较高。机床总重量达到8吨，属于重型设备。据了解它主要应用于船舶螺旋桨的加工和刨削，以及大型设备的加工。精度也非常高，目前只在北京和上海有现货和的样品。一个机床的最大型号能否进行突破和向上发展，代表了一个国家的综合实力，此次俄罗斯试生产成功表明了他的重工业非常发达非常有实力。1.1.2 我国牛头刨床使用现状目前我国已经拥有了机械牛头刨床，液压牛头刨床，数控牛头刨床，还有正在研究的双向牛头刨床。但是每一种型号都不是全面的全能的，各有优点和缺点，每一种机床都需要进行改进突破和创新。二零零八年机械行业增长形式一片大好，国民经济高速增长促进了对牛头刨床的强烈需求从而提供了发展的良好契机，但是最近一年两年，国内经济普遍不好，我们应该如何发展这是一个很大的问题。应该大力发展装备制造业，特别是高端的高技术含量。国外机床很多领域都统治着占据主导地位，中国制造都是中低端产品。开发具有自主知识产权的中国制造，已成为全社会的共识。靠收购不可行，因为高科技是人家的核心机密，是国外经济命脉，国外怎么可能会轻易把技术传给你，在几乎是不可能的，所以我们只有一条路可走，那就是自己研发。这种境况已经迫在眉睫，很多机床都是低效率的，精度不高的，所生产出来的产品，质量很差。比如说汽车，国产车经常出问题，磨损大，耗油高，性能不好，是什么原因。那就是因为生产汽车零部件的机床精度不够造成。这个方面的例子比比皆是，从各个方面都能够反映出来，甚至是1颗小小的螺丝钉都能够反映出这个国家整体质量水平如何，它关系着人们生活水平的提高，所以我们要切切实实的提高机床的质量，牛头刨床厂家要切切实实的提高牛头刨床的质量。过去的五年规划是机床行业的黄金发展时期，机床行业总产值突破5000亿元大关，为了继续巩固国民经济支柱产业，国家计划在未来的五年内要继续扶持和振兴机床行业，这是我们国家跨入发达国家必须要做的功课。国家从政策上以及税收的各方面进行鼓励，在高端装备领域继续扩大投资重点发展高新高科技工厂设备。自从迈入21世纪以来，中国经济突飞猛进，人民生活水平有了大幅度的提高，各行各业都有了较大的增长，无论是GDP的增长还是人民存款的增长都显示了这个国家经济蓬勃向上。国家的宏观政策也表明中国应该向机床强国迈进，机床行业应该制定中长期发展规划，我国的机床行业有条不紊地向机床强国进军。目前我国正在处于工业化国家中期发展阶段，很多行业需要进一步的巩固，现在正处于关键发展阶段，如果再努1把力就可以跨入发达国家行列，如果稍有不慎就可能会原地踏步走或者是倒退。所以在这一期间，我们可以向一些支柱性工业，比如数控车床行业，再比如牛头刨床行业，但是这些中小机床满足了我国机床工程量72%以上的项目，从发达国家的发展历史经验来看，这一阶段期间最主要的特点就是制造业设备更新发展速度明显很快，而且其设备改造加速，企业设备更新改造投资占固定资产投资的比将要逐步提高。随着信息化产业升级需求的释放及国家对于我国装备制造业的大力扶植和国家出台的对于“装备制造业振兴规划”等一系列利好政策，我国的机床制造行业一定会迎来更好的发展，和长期高速的进步。学习国外先进技术，在一些欧美发达国家，他们国家的机床行业相当发达许多中小机床，数控机床的应用相当普遍。但是在我国机床人均占有量很低，特别是高端设备方面人均拥有量更少，这就是我们国家与发达国家的差距之所在，从这一点上来说在很长一段时间内我国的机床行业还有很大的发展空间，无论是在牛头刨床上还是在高端设备数控机床方面都需要一个量的增长和质量的增长，作为一个企业和商人也应该看到这个商机。我国经济和社会发展第十二个五年(2011-2015年)规划纲要，未来我国制造的发展将是前所未有的。政府明确了产业发展的计划，机床的发展也将是前所未有的在整个规划中，中国政府明确表示要提高人民的生活水平，主要加强经济建设。机床和机械企业尤其注重外在政策的调整，因为他和整个国民经济息息相关。在过去的五年时间李米娜中国政府证明了英明领导，社会国家的发展赢得了飞跃的进步，大幅提升了综合国力，2010年国内生产总值GDP达到39.8万亿元，跃居世界第二位，国家财政收入也达到了质的飞跃；调整经济结构加快步伐，粮食生产在于农业方面特别是连年获得好收成，产业结构积极进展取得了优化升级。未来五年机床行业面临大发展时期，据一些经济学家预测，除非国家发生重大事件或者全球化生突发性事件，比如战争或者是全球性经济危机。由此看到未来的经济规模是现在的好几倍，那么机床需求量会大幅上升，可见未来机床市场大有潜力面临大发展时期。必定会促进加工中心，数控行机床大发展，由于中国的经济基数大，所以对中小机床需求量也会大增，向摇臂钻、牛头刨床、铣床将会增长100%左右。1.2 液压牛头刨床与机械牛头刨床的简单比较从经济环保上来看，机械式牛头刨床还是相对来说比较好的，因为他有简单结构可以由电动机直接带动来回运动，免除了中间动力传输的环节和通过的液压泵的这一个过程，所以更直接更经济和环保，动力传输消耗方面也是比较小。从动力强劲上面来说，还是液压牛头刨床要好，虽然在过程传输中有一些损耗动力，可是通过液压泵，一部分动力传输到刨刀上被加强了，对于加工大型的零部件还是液压的牛头刨床要好。虽说中国现阶段市场上最主要的还是机械式和液压式牛头刨床，但对于日后的发展而言，数控机床还是日后发展的方向。出于本国实情出发，由于劳动力成本低，机械式牛头刨床价格低廉，操作简单，无需技术过硬的特殊人才，易于上手加工，维修维护方便、简单等这些种种因素都促使大多生产厂商不愿购买使用更为先进的数控牛头刨床；另一方面则是来自于国际上的因素，中国的数控机床虽然产量很大，市场将来也会很大，但是高等技术还是被欧洲所控制，中国最好的数控机床也赶不上美国和欧洲的一流机床。据统计我国2012年第一季度，数控机床进口80多亿美元同比增长40%，大部分为高档机床。虽然中国经济降温，但是进口量仍然高速飞涨。这意味着许多行业正在向高精、高细、高速、柔性、智能，方向发展。目前市场上五轴联动加工中心多用于航天航空、军事军工、高精密仪器、卫星部件。1.3 牛头刨床传动系统关键部件设计牛头刨床是一种靠往复直线运动的刀具及间歇运动的工作台来完成平面切削加工工件的的机床。如图1-1所示，电动机经过减速箱的减速传动装置，带和齿轮传动，带动执行机构，导杆机构和凸轮机构，完成刨刀的往复运动和间歇移动。工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时。刨刀要退回快速，即要有急回作用。图1-1牛头刨床机构简图1.3.1 牛头刨床传动系统关键部件设计要求电动机轴与曲柄轴平行，刨刀刀刃点E和铰链点C的垂直距离为50mm,使用寿命10年，每日一班制工作，有轻微冲击的载荷。允许转速偏差为5%的曲柄2。对于导杆机构来说最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角也应在许用值范围内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速、等减速运动，执行构件的传动效率按0.95计算，有过载保护的系统，按小批量生产规模设计。c）牛头刨床关键部件简图图1-2牛头刨床的参考示意图牛头刨床传动系统关键部件设计的数据表1-1牛头刨床传动系统关键部件设计的数据12345678910导杆转速n248495052504847556056机（r/min）构机架380350430360370400390410380370运lo2o4/mm动分工作行程310300400330380250390310310320析H/mm行程速比1.41.401.401.441.531.31.51.31.41.48系数K64076连杆与导0.20.300.360.330.300.30.30.20.20.26杆之比52358!bc/Qb导杆机构动态静力分析工作阻力Fmax/N4500460038004000410052004200400060005500导杆质量m20202220222426282622滑块质量ms70708080809080708060导杆4质心转动惯量Js4(kgm21.1)1.11.21.21.21.31.21.11.21.2凸轮机构设计从动件最大摆角max15151515151515151515从动件杆长lo9D125135130122123124126128130132许用压力角40384245434441404245推程运动角075706560707565607274远休止角s10101010101010101010回程运动角0757065607075656072742牛头刨床原动机的选用牛头刨床的工作运动是，经过一定功率的电动机，通过V带轮的传递，输出经过齿轮变速之后，通过一个固定短轴连接的大齿轮，短轴和齿轮之间有一定的间距，在这个间距之间安装一个方形滑块。动力的传输装置是靠一个长槽摇杆，它的运动通过方形滑块被控制在长槽内滑动。当原动机带动大齿轮以一定的速度转动时，摇杆带动滑块摆动，摇杆通常可以摇摆较大的角度，我们可以通过对大齿轮的中心距进行调整，就能够对滑块行程进行调整。电动机有各种类型（交流异步电动机、直流电动机、交流变频变速电动机、伺服电动机、步进电动机、力矩电动机等）。交流三相异步电动机结构简单、价格便宜、体积小、维护方便、运行可靠、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。相对于三相异步电动机，直流电动机结构复杂，使用维护不方便，而且要用直流电源；虽然伺服电动机运行平稳、噪音小，但是其控制线性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，只适用于0.5100W的小功率控制系统；步进电动机控制不当容易产生共振，难以运转较高的转速，能源运用效率低，而且在高速运转时会产生共振和噪声；一般机械系统中运用最多的是交流三相异步电动机。所以，综合考虑各方面的条件，确定原动机为交流三相异步电动机。原动机的转速确定为：根据表2-1所设计的主执行机构转速n248r/min和传动系统的设计要求，可选择出原动机的转速为1000r/min1500r/min之间为宜，可以选择1440r/min。原动机的类型确定为：Y型三相异步电动机，转速1440r/min，电动机型号为丫2-100L1-4.其额定功率为2.2KW,额定电流为5.2A，效率为80%，噪声也比较低。选择给定执行机构的数据表的第一组数据作为分析设计数据，数据表见下页：表2-1牛头刨床关键部件设计原始数据表导杆机构运动分析导杆机构动态静力分析转速n（r/min）机架J/mm工作行程H/mm行程速比系数K连杆与导杆之比iBt/lqB工作阻力Fmax/N导杆质量m4滑块质量m6导杆4质心转动惯量2J/kgm）483803101.460.25450020701.1凸轮机构设计从动件最大摆角max从动件杆长I09D许用压力角推程运动角0远休止角s回程运动角015125407510753牛头刨床带传动装置确定与分析在牛头刨床工作过程中，电动机经过减速传动装置（带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构），完成刨刀的往复运动和间歇移动。电动机不宜与齿轮减速装置直接联接，中间需要机械传动方式连接，通常我们运用到的有链传动，带传动，和摩擦轮传动几种。虽说中国现阶段市场上最主要的还是机械式和液压式牛头刨床，但对于日后的发展而言，数控机床还是日后发展的方向。出于本国实情出发，由于劳动力成本低，机械式牛头刨床价格低廉，操作简单，无需技术过硬的特殊人才，易于上手加工，维修维护方便、简单等这些种种因素都促使大多生产厂商不愿购买使用更为先进的数控牛头刨床；另一方面则是来自于国际上的因素，中国的数控机床虽然产量很大，市场将来也会很大，其中应用最为广泛的是带传动在与执行机构联接中需要用到减速装置，自然就用到齿轮减速装置。综合考虑各方面的因素选择带传动。带传动又可分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动（如图3-1所示）CbV芾传动（d）I帯传动图3-1摩擦轮带传动的几种类型平带传动结构简单，传动效率高，在传动中心距较大的情况之下应用较多。V带传动的V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽，传动时，V带的两个侧面和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已经标准化，V带的特点使其获得了广泛的应用。多楔带主要用于传动功率较大同时要求结构紧凑的场合。圆带结构简单，其材料多为皮革、棉、麻、棉纶、聚氨酯等。多用于小功率传动。综合各种带传动的分析对比，应选择V带传动。4牛头刨床导杆机构分析谢？.05H恼？嚯刨床以及工的简图所示，台台的间歇运动面切削加工机床。图为其参考示意图。电动机通过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。按照图1-2牛头刨床的参考示意图所示，画出原方案的简图如下(a)(b)图4-2三种执行机构的方案简图(a) :因为其自由度F352715141，机构具有确定的运动。此方案以滑块机构替代转动机构，增加了摩擦，以曲柄机构带动的刨刀需加一个较大的力，动力性能较差。(b) :因为其自由度F352715141,机构具有确定的运动。其冲击振动较大，零件易磨损，维护较难，对设备要求较高，导致成本增加。(c) :因为其自由度F352715141,机构具有确定的运动。与原方案相比，结构同样简单，但由于此方案中刨头会受到曲柄转动时向上的力，不利于力的传动。4.2 导杆机构的方案确定就原方案而言：1. 机构具有确定运动，自由度为F3n(2RPh)35(270)1，曲柄为机构原动件；2. 刨刀通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构实现往复移动，实现切削功能，能满足功能要求3. 对于牛头刨床的工作性能。牛头刨床工作行程中，刨刀行动速度较慢，摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数的要求；4传递性能，传动性能好，能承受较大的载荷，传动间隙较大；5. 动力性能，传动平稳，工作过程中冲击震动较小；6. 牛头刨床的结构和理性，结构简单合理，尺寸和质量也较小，制造和维修也较容易；7. 在经济成本性方面，无特殊复杂的工艺和设备要求，成本较低故我们综合各方面的因素可以选择原方案的执行机构设计。4.3 导杆机构的运动尺寸选择原始分析数据：表4-1选择第一组数据进行分析180k1k1(4-1)导杆机构运动分析导杆机构动态静力分析转速机架工作行程行程速连杆与工作导杆滑块导杆4nI/m程比系数导杆之阻力质量质量质心n21O2O4/mH/mmK比转动Fmax/Nm4(r/minm惯量)IbcbJsi(kgm)483803101.460.25450020701.1导杆的机构尺寸根据行程速比系数K与极位夹角的关系公式:310mm由原始数据知，行程速比系数K=1.46,机架lo2o4380mm,工作行程H则代入数据经过计算得，原动件杆4的极位夹角:k11.46118018033.66k11.461由三角形的正弦函数定理得曲柄2的长度：Io2alo2o4si380mm导杆4的长度是：Hsin沁110.02mm(4-2)|O4B2sin2连杆5的长度:310mmc.33.662sin2535.34mm(4-3)(4-4)最终算出各尺寸，运用AutoCAD画出机构简图5R2AD4OiHC32A45图4-3机构简图4.4导杆机构的运动分析速度分析UL-10Grniiiirni)A点是速度Ul-10(mm/inrn图4-4机构左右极限简图机构的左右极限位置用红色实线表示，一般位置用黑实线表示,分析开始点，取A2,A3,A4为重合点进行求解。已知曲柄的转速w2n2，所以A点的速度为:2lO2A2n260lO2A24860（4-5）其方向垂直于O2A,指向与n2的转向一致由运动合成原理可知，重合点A及A3有方向：o4ao2a/o4aVA4A3（4-6）大小：？V?取极点p，按比例尺v0.05(m/s)/mm作与机构简图绘在同一图样上的速度图，如图3-2所示：1L.3894匸U厂0.05（m/s）/mill宀图4-5速度图利用公式和各个值之间的关系可以求出构件4(3)的角速度则和构件4上B点的速度Vb以及构件4与构件3上重合点A的相对速度Va4a3。由于vA4vpa4(4-7)可以求出导杆4角速度0.50w4o4a0.47646rad/s1.05rad/s且w3w4（顺时针）（4-8）vBw4lO4B所以可以得出，构件4与构件3上重合点A的相对速度Vaa的值是:Va4a3va4a3（4-9）对构件5上B、C点，列同一构件两点间的速度矢量方程：*SVcVbVcb（4-10）方向：/水平轴VBC大小：？V?Vcv(3-8)vc即也就是滑块6的速度VCBwlBC.5417rad/s0.53rad/s(4-11)0.13384滑块6位移S6的值是:S6l(4-12)4.4.2 加速度分析我们从已知的A2,A3,A4点一次进行计算得出以下结果：aA2aA3aA2w；lOA2.78m/s2naA4W4lO4A1.0520.47646m/s220.53m/skaA4A32W3VA4A220.504m/s2naCBW5lCB0.5320.13384m/s20.038m/s2所以ntkraA4aA4aA4aA3aA4A3aA4A3(4-13)大小：V?w?方向：ATO4O4AAO2O4A（向左下）/O4A取极点p，如图4-6所示:0308P图4-6加速度图根据已知条件可以求出：aapa420.87m/s2pblo4A両22aBaaS0.5aB24所以可以求出构件4的角加速度为:taA44!o4aac0.0513.7549rad/s20.476461.44radtaCB/s2（顺时针）（4-14）aBnaCB大小：?vv?方向：水平轴VCBBC刨头6的加速度22aCa(4-15)taCB1BC0.13384rad/s23.688rad/s2(4-16)4.5导杆机构的动态静力分析F14m4aS4144Jsh4M14F14型m162.38mm9.755(4-17)F16m6aC取构件5、6基本杆组为示力体6作受力分析即可，首先列力平衡方程:F0FR65FR56Fr54Fr4FrFrr16rF16G6F&60大小：?vvv?方向：水平轴/水平轴/水平轴因构件5为二力杆，只对构件水平轴/BC按比例尺f100N/mm作力多边形，如图4-7，求出运动副反力和Fr56Fr16100(4-18)Fr56100(4-19)Fl6G6FR65I=FrFr16-R54G4FR56_-_FR34F14Uf=100(N/mm)c)图4-7力的多边形示意图4.5.1 取构件3、4基本杆组为示力体已知，则我们可以求出反力Fr34:54FR45FR34FR43MO10FR541h1F14lh2G41h4FR34lO4A0K134N5071.93N(4-20)34476.46图4-8然后我们可以再对构件4列力平衡方程，求出机架对构件4的反力F即：FR54G4F14FR34大小:vvvv?方向:BC水平轴VO4A?FRl4470.35N(4-21)取构件2为示力体F002Uf=100(N/mm)FR34FR43FR32FR23F0FR32FFs0Fr!25071.93NM20FR32lhMb0图4-9Mb(4-22)5凸轮机构设计凸轮机构原始数据如下表所示表5-1凸轮机构的原始数据凸轮机构设计从动件最从动件杆长匚许用压力角S推程运动角耳远休止角回程运动角125rd7510755.1 凸轮机构基本尺寸的设计已知表5-1的基本数据，根据公式(5-1)360可以算出近休止角：s360757510200max18，而摆动推杆40，所以max牛头刨床的的凸轮机构简图，如下图5-1简图所示图5-1摆动从动件盘形的凸轮机构凸轮与从动件的接触点D的速度方向垂直于O9D,而D点的受力方向垂直于平底。因此其压力角的计算公式为:sinO9D(5-2)dseds)2e2(5-3)tan由此可得压力角和基圆半径大小的关系，压力角越大，则基圆半径越小。在其他参数不变的情况下，当压力角为许用压力角时，并且选择正确的从动件偏置方向后，可以得到最小的基圆半径romin，此时r0min-(dsedtans)25.2 计算各分点的角位移值5.2.1 推程运动阶段从动件的的最大摆角max15，所以摆杆按等加速度运动规律上摆的角度范围是07.50(5-4)00其中推程运动角075，所以在推程运动阶段037.5，取7.5为一个分度值，则()07.51522.53037.5()00.31.22.74.87.5从动件的的最大摆角max15，所以摆杆按等减速度运动规律上摆的角度范围是7.51537.575，取7.5为一其中推程运动角075，所以在推程运动阶段个分度值，则()37.54552.56067.575()7.510.212.313.814.715522回程运动阶段从动件的的最大摆角max15，所以摆杆按等加速度运动规律下摆的角度范围是157.5o222/0(5-6)其中推程运动角075，所以在推程运动阶段037.5，取7.5为一个分度值，则从动件的的最大摆角max15，所以摆杆按等减速度运动规律下摆的角度()07.51522.53037.5()1514.713.812.310.27.5范围是7.50o(5-7)37.575，取7.5为一其中推程运动角075，所以在推程运动阶段个分度值，则()37.54552.56067.575()7.54.82.71.20.305.3 用解析法计算凸轮理论轮廓和实际轮廓摆杆的初始位置角.222l09Dl0209r00arccos2109Dl020922212515085arccos12515034.412滚子中心处D点的直角坐标为贏sin110hesin70O9Dl0209cos110I9dcos70I推程阶段:计算理论轮廓点4：2355.76X4l0209Sin110109dsin70150sin110235130sin7023534.4125.766.598mmy4l0209cos110l09Dcos70150cos110235130cos7023534.4125.7697.755mm误差：X411x4x4X4y41y4y410000y4已知得x46.8mmy497.6mm100006.598点&265,X8l0209sin110150sin11097.75516.56I9dsin70100003.0600100000.1600265130sin70265062.161mmy8bogCosiioLo9d104.435mm从已知得X863.1mm,*误差：104.2mmX8X8X8X8y8y8y8100001000062.161100001.5100104.435100000.2300点17:32011.388X17l0209sin110l09dSin700150sin110320130sin7032034.41211.388110.396mmy17l0209cos110I9dcos700150cos110320130cos7032034.4120.7354.815mm已知得x1仃110.4mm1y175.8mm回程阶段:X17X17X17X171OO0100000.0040110.396误差:y17丫仃y；7y17100004.8151000020.4600点23:350,O.735X23y23y23y23y23iooooioooo4.11ooX23lo2o9sin11O1o9dsin7O015Osin11O35O130sin7035034.4120.73575.266mmy23lo2o9cos11ocos70015Ocos11O35O130cos7035034.4120.73542.961mm从已知得x2376.2mmy2341.2mmX23X23X23100oo1OOoo1.24oo误差:n计算实际轮廓推程阶段：y4y4rrsin从已知得X41O2mm,y484.4mmd4点4：2355.7622/20d2dxdlo2o9COS110I09Dcos7001dd150cos110130cos7001420dybo?sin110毓sin7001ddd150sin110130sin7001420sindxidxd22dyd0.970cosdydxd22dyd0.242因为凸轮的工作线为内等距线，所以x4x4rr回程阶段:d4点17：320，11.38822d20dxL0204cos110L04Dcos701d01dd150cos110130cos701420误差:inX4X41000貳X41w/010.228100ooX40.27oo点8:020dydsin111y4y4100咏y41JJ严83.20510020y416.56265,202dxl00cos11029150cos110l0209Sin110150sin110001.44。l0Dcos709130cos70Iq9dsin70130sin70dX.dXd22dyd0.965dyd2因为凸轮的工作线为内等距线，所以cosdydxd20.262X8X8rrcos58.231mm从已知得rrsinX8X8误差：58.2mmy490.4mmX8X8X8y8y8100001000058.23189.9690.489.96100000.0500100000.7100dyTL0204sin110L04Dsin70sin150sin110130sin7020dxvdxd2dydxd22dyddyd2cos因为凸轮的工作线为内等距线，所以X17X17rry17y17r从已知得X4误差:inX17X17100%1X171UU/096.13111.8mm100000.28。350dx0.73520L0204sin110150sin110L0204cos110150cos110L04Dsin70130sin70L04Dcos70130cos7020202dyd2dydcos因为凸轮的工作线为内等距线，所以X23X23y23y23从已知得rrx2364.1mmy2331.8mmX23误差：X23X23X231000063.506100000.94001ny23y231000Zy231w/o33.646y23100oo5.49oo用反转法作图绘制凸轮的理论轮廓与实际轮廓，如图所示图5-2理论轮廓与实际轮廓题图总结如今我们马上将要步入社会，将要对这个滋养了我们的四年的大学说再见了。有关毕业论文，我的题目是，牛头刨床传动系统关键部件设计。牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床，在这次论文设计过程中，通过给定的原始数据，从牛头刨床原动机的分析选择、带传动的分析选择，到进行执行机构运动尺寸的分析计算，然后进行运动分析、动态静力分析，找到其最优的设计方案。然后再简单对凸轮机构进行设计分析。最后综合所有设计分析的方案，选择设计出相对最优的牛头刨床传动系统关键部件的设计。通过本次论文设计，本人对牛头刨床有了更深层次的了解与体会。任何一台机器都不是简简单的机械组合，他需要考虑环境，人为，使用条件等等各方面的因素。牛头刨床也是如此。通过此次论文设计过程中所遇到的种种困难，让自己也充分认识到了自己的不足，缺乏经验缺乏真正的过程和生产操作，甚至理论知识方面也不是非常熟悉于心。在以后的工作学习当中，自己一定努力学习，从基础做起，努力营造自己的未来。1 参考文献孙桓,陈作模，葛文杰机械原理MC，北京：高等教育出版社，2006.5.2 黄继昌,徐巧鱼,张海贵.实用机构图册M.北京：机械工业出版社，2008.1.3 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，1992.5.4 王三民.机械原理与设计课程设计MC.北京：机械工业出版社，2005.1.5 陈国华机械机构及应用M北京：机械工业出版社，2008.1.毛谦德，李振清.袖珍机械设计师手册(第3版)MC.北京：机械工业出版社，2007.1.7 吕仲文.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，2004.8 陈赛克.工程力学M.广州：华南理工大学出版社，2009.3.9 文U晓慧.华章.牛头刨床六杆机构简介，2009,(9):6-7.10 陈金环.今日财富J.多目标规划下的牛头刨床优化设计,2011,(1):15-17.11 YoshimiIto,Dr.Eng.,CEng.ThermalDeformationinMachineToolsM.NewYork:McGraw-HillProfessional，2010.7.33/35